自然科学概论讲稿

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1、自然科学概论,哥白尼,牛顿,序论,一、科学 1、概念 科学在这里指的自然科学，它是关于人对自然的认识，它最终要表现为关于自然的系统化、理论的知识。科学的最初成果是用概念来描述自然现象的发现，继而进行说明、解释，以至预见新的自然现象，最后形成某种概念的体系，成为一门学科。,2、发展 （1）科学的觉醒时期。,（2）科学的空前发展时期。,（3）科学的改造时期。,（4）科学的发展加大了人们对科学本身的反思。,二、技术,1、概念 所谓技术就是人们在对自然的控制、改造、和利用的过程中所积累的知识、经验、技巧、规则的总和。技术的最初成果是通过构思而得到的发明，任何发明都表明它是人对自然控制和改造的结果，最终

2、实现人对自然利用的目的。,2、发展,（1）技术愿意为“木匠”。507年鲁班被称为技艺高超匠人的化身。,（2）18世纪英国瓦特发明了蒸气机，使技术由量的积累实现了 质的飞跃。 这也是近代史上第一次技术革命和产业革命。,（3）19世纪70年代，电动机、发电机的先后问世，继而在20世纪又实现了远距离 传输，是近代史上第二次科技革命。,（4）20世纪中叶，原子弹、电子计算机、空间技术的发展，开始了第三次科技革命，也是现代技术革命。,第1章 近代自然科学的初步发展,1.1科学革命的突破,一、天文学上的革命,二、医学生理学的革命,1.2经典力学的奠基,一、开普勒在天空中“立法”，得出了行星运行的三大规律。

3、,（1）行星运行的轨道是椭圆的，太阳正处在椭圆的一个焦点上。 （2）行星和太阳的连线扫过的面积与时间正比 （3）行星公转周期与轨道半长轴的立方成正比。,二、伽利略的“斜面实验”,（1）小球在光滑斜面上运动时，加速度相等，距离与时间的平 方正比。 （2）在光滑的水平面上运动时作匀速直线运动。 （3）对平抛运动作了初步的分析。,1.3近代科学的第一次大综合。,一、运动三定律。,（1）任何物体在不受外力的情况下总保持静止或匀速直线运动 状态，直到有外力迫使它改变这种状态。 （2）f=ma （3）Ff,二、万有引力定律,F=G(m1*m2)/R2 G=6.67*10(-11),1.4其他科学的发展,（

4、1）法国化学家拉瓦锡发现了燃烧原理。 （2）库仑定律。 （3）伏打电池。,第二章 第一次产业革命、技术革命和科学中心的转移,一、英国产业革命和技术革命产生的背景,（1）英国资产阶级通过革命取得了政权，为资本主义的发展铺平了道路。 （2）生产的发展，对技术提出了迫切的需求。 （3）3个世纪的圈地运动，造就了大批的无产者。 （4）农业耕作技术的改革与改良为工业革命准备了粮食和原材料。 （5）英国通过殖民统治，积累了大量的资本,二、纺织技术产业革命的源头,1、背景,2、纺织工业改造的过程中对动力提出了特别的需求。,（1）1733年英国钟表匠凯伊发明了飞梭，使织布的效率提高一 倍，出现了纱荒。 （2）

5、哈格里沃斯发明了竖锭纺车珍妮纺车。 （3）珍妮机带动的纱锭越来越多，人力作为动力越来越困难， 1769年理发师阿克赖特发明了水力纺纱机。 （4）1785年水力织布机问世。 （5）由于水力受自然条件的制约，加之限制厂房的选址。需要 寻找更方便的动力。,三、钢铁、煤碳业的发展为动力机的出现提供了物质基础。,四、蒸气机的发明和改进。,（1）英国塞维利研制了第一台“矿工之友”的蒸气抽水机。 （2）铁匠纽可门研制了“大气蒸气机”。 （3）1784年修理工瓦特对蒸气机进行了改进并发明了旋转蒸气机，这 样便出现了真正的原动机。,2.2 法国的产业革命和科学的兴衰,第三章 近代自然科学的全面发展,3.1天地演

6、化的研究,1.1755年德国哲学家康德提出了关于太阳系起源的星云假说 2.1796年法国天文学家拉普拉斯也独立的提出了星云假说，发表了 宇宙系统论，使的星云假说更加完善、数学论证也更加严 密，开始普遍受到人们的关注。 3.威廉.史密斯提出了”化石组合“鉴定地层层位和层序的方法，为历 史地质学的发展奠定了基础。 4.法国的居维叶在他的论地球表面的变动中提出了“灾变论 “他强调地质过程的突变和飞跃。 5.英国的地质学家赖尔在他的地质学原理中提出了地球缓 慢变化的“渐变论”.,3.2物理学的进展,1.能量守恒定律的发现和热力学及其意义,2.电磁现象的研究,（一）研究电池产生电流的原因。,（1）伏打主

7、张的：“接触说”。 （2）法拉第主张的：“化学说”。,（二）研究电流在导体中传导的规律。,欧姆定律 ：R=U/I,（三）研究电流的各种作用。,A：电解作用的研究,B：关于电和热的研究,C：电磁关系的研究,（1）奥斯特关于电流对其周围磁体作用的问题。 （2）法国物理学家安培：两根导线之间的作用；电磁效应 的定量定律；电动力学的概念；判断电流对磁体作用的“安 培法则”；提出了电流是电荷沿导体运动的思想。 （3）法拉第发现了电磁感应现象，提出了电力线的概念。 （4）麦克斯维写成了电磁理论的名著认电和磁， 给出了一个严谨的电动力学的体系。,3.3化学上的成就。,（一）原子分子论的建立。,（1）英国科学

8、家道尔顿在19世纪初提出的原子论：,A：化学元素是由大量微小、不可再分、在化学变化中保持 不变的原子所组成。 B：同种元素的原子重量相同，性质相同，原子以其重量为 基本特征。 C：不同元素的原子以不同比例组合成化合物。,（2）分子论的建立。,（二）有机物的合成和有机结构理论。,1、在1828年德国化学家维勒就成功地实现了人工合成尿素 的任务，从而打破了有机物和无机物之间不能跃过的障碍。 2、19世纪30年代提出有机物是由“基”组成的，并发现基可 以被其他简单物所取代。还提出了c的四价。 3、60年代俄国化学家布特列烙夫系统地提出了化学结构理 论，指出通过物质性质可以了解物质的结构，知道了物质

9、的结构也可以预测物质的性质。,3.4生物学的飞跃,（一）细胞学说,（二）生物进化论的诞生。,第四章 第二次产业革命,1.德国在产业革命前夕的科技情况,一、德国的崛起,2.李比希学派,二、美国的崛起,1.重视农业、工业和农业的紧密联系。,2.基础设施建设先行.,3.组织创新.,4.加强科技与经济的结合。,5.引进与创新相结合。,6.管理出效益 。,第二编 现代自然科学,第五章 物理学革命及其影响,一、相对论表述的是物质运动与时空的关系。,1.狭义相对论中的“尺缩钟慢” 。,2.广义的相对论,L=l. 1-v2/c2,T=t/1-v2/c2,二、量子力学,1.量子假说的提出。,(1)黑体的腔壁是由

10、无数电谐振子组成的，这些谐振子不断 吸收和辐射电磁波并与腔内辐射场交换能量。,（2）这些谐振子具有的能量是分立的，它们只能是一个最 小单位能量E的整数倍数。在吸收和辐射的过程中是以能量 子的整数倍数一份一份的跳跃式的传输的。,2.光的波粒二向性。,3.原子结构的探索。,三、现代化学理论的发展。,1.元素周期理论的新发展。,（1）三素说 （2）八音律说 （3）1869年俄国化学家门捷列夫和德国化学家迈尔发现 元素周期律，认为元素的性质随其原子量的变化而表现 出周期性变化的规律。到20世纪原子的核式结构建立后， 人们才发现性质与核外电子排布有关。,2.化学键。,第十五章 空间技术与海洋技术,一、空

11、间技术,（一）太空资源,1.高位置资源,2.太空的微重力资源。,3. 太空旅游观光资源。,4. 开发太阳能资源。,5. 开发月球、小行星的资源。,（二）、进入太空必须克服的四道难关.,1. 克服地球甚至太阳系的万有引力。 2. 克服真空。 3. 适应剧烈变化的温度环境。 4. 防止有害辐射。,（三）、空间技术的三大支柱。,1.航天器技术。,2.运载器技术。,3.地面测控技术。,1. 航天之父：齐奥尔科夫斯基,2. 火箭技术的发展。,1926年美国人达德第一位成功的发射了液体火箭。 1927年德国成立了“德国航天协会”。 1942年德国成功发射v-2火箭导弹。 1945年美国成功爆炸原子弹和氢弹

12、。 5. 1957年前苏联用以洲际导弹为基础改造的运载火 箭发射了第一颗人造卫星。 6. 1969年美国用三级型火箭“土星五号”实现了登月 计划。形成了现代火箭技术。,3. 现代运载火箭的结构。,(1). 箭体结构。 (2).推进系统。 (3).制导系统。,（五）人造地球卫星。,1.三个宇宙速度。,V17.9千米/秒 v2=11.2千米/秒 v3=16.6千米/秒,2.三种发射方法,（1）运载火箭发射 （2）航天飞机发射 （3）飞机发射,3.人造地球卫星的轨道。,圆轨道、椭圆、 静止、极地、 太阳同步,(四）运载火箭,（六）载人航天工程,1. 载人飞船工程的系统组成：,（1）航天员系统,（2）

13、安全可靠性系统,（3）陆地发射系统,（4）指挥控制系统,（5）返回着陆系统,2. 我国载人航天将奏三部曲。,第一步的任务是以飞船起步、发射几艘无人飞船和一艘 有人飞船，将航天员安全地送入近地轨道，进行适量的 对地观测及科学试验，并使航天员安全返回地面，实现 载人航天的历史突破。,第二步除继续进行对地观测和空间试验外 ，重点完成出舱 活动、交会对接试验和发射长期自主飞行、长期有人照料 的空间实验室，尽早建成我国完整配套的空间工程大系统， 解决我国一定规模的空间应用问题。,第三步是建造更大的长期有人照料的空间站。,二、海洋技术,1.海洋探测技术,（1）.海洋科学考察,（2）.海洋卫星,（3）.潜水

14、器,系缆式、 拖拽式、 无缆遥控潜水式、 海底爬行无人潜水器。,2海洋资源开发技术。,（1）矿产资源的开发。 （2）生物资源的开发 和利用。 （3）海水淡化技术。 （4）海洋能源开发技术,第八章 地球系统科学、生态学、和环境科学,一 .地球系统科学,地球系统科学将大气圈、水圈、岩石圈和生物作为一个相互 作用的系统,研究其物理、化学、生物机制的过程,并和人类生活 、生产联系起来,认识现状和过去,预见未来的一门学科.,1。产生.,2。研究对象,（1）全球变化。,（2）区域模型。,（3）宏观调控信息系统 。,3.发展趋势,(1)地球系统科学的研究需要自然科学和社会科学多学 科的综合. (2)地球系统

15、科学正在推动可持续发展的研究. (3)地球系统科学关注人类活动对地球系统的存在运 动和发展的影响.,二 、生态学,生态学是研究生命系统和环境系统之间相互作用的机理、 规律的科学,生命系统包括动物植物和微生物.,1.产生和发展,(1)公元前后,产生了朴素的生态学观点.比如:贾斯勰 (2)18世纪初,出现了现代生态学的轮廓.法国博物学家 林奈把物候学生态学和地理学结合起来,综合考察了外 部环境对动植物的影响.直到20世纪仍然处于描述性时 期.主要是一些调查性的结论. (3)20世纪上半叶,随着现代控制论数理统计的进一步 完善,生态学进入了比较精确的定量阶段.提出了若干种 群动态模型. (4)193

16、5年坦斯勒提出:”生态系统”的概念,标志着真正进 入了现代生态学. (5)50年代以后进入了现代生态学的发展时期.,2.研究内容,（1）生物生产力的管理,（2）人工生物群落的稳定性,3. 趋势,(1)生态学向各学科的渗透.能量生态学、数学生态学、城市 生态学、化学生态学、灾害生态学. (2)生态学致力于生物圈的功能研究. (3)生态学位可持续发展提供理论基础.,三 、环境科学,环境科学是研究人类活动和环境质量关系的科学;宏观 上,研究人类和环境之间相互作用相互促进相互制约的统 一关系,揭示了经济发展和环境保护两者协调发展的规律.微 观上研究环境的各组成部分尤其是人的活动排放的污染物 在有机体迁移转化积累中的运动规律.,1.环境问题和环境科学的产生,(1)远古时代的迁移 (2)工业化的污染带给人的灾难.1952的伦敦烟雾事件 1961年的日本哮喘病事件 (3)1962年卡尔逊的引起了人们对环境 问题的注意.各国政府重视,民众开始走上街头游行示威等 (4)另一方面